Фотоиндуцированная дезинфекция на TiO2-модифицированных текстильных материалах
Применение дезинфицирующих средств, таких как галогены, фенолы или антибиотики, на текстильных материалах вызывает ряд проблем, включая потенциальную токсичность, раздражение кожи и мутагенез в клетках. Поэтому разработка контролируемой поверхности для эффективной системы дезинфекции становится все более привлекательной для исследователей. Антибактериальные свойства TiO2 запускаются светом с определенной длиной волны, и генерируемая ROS фотография может оказывать вредное воздействие на широкий круг организмов, таких как бактерии, грибы, водоросли и вирусы, TiO2 может убивать как грамотрицательные, так и грамположительные бактерии под действием света, но грамположительные бактерии имеют тенденцию проявлять более высокую устойчивость благодаря своей способности образовывать споры.
Точный механизм антимикробного действия активированного светом TiO2 находится в стадии обсуждения. Первая теория, предложенная Matsunaga указала, что положительный h +, генерируемый во время светового возбуждения, может окислять кофермент А посредством переноса электрона, что будет прерывать дыхание клетки и, следовательно, приводить к гибели клетки. Более поздние исследования детально изучили механизмы фото-дезинфекции с помощью просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Исследователи предположили, что генерируемая АФК первоначально реагировала с бактериальной клеточной стенкой, что обеспечивает жизненно важную механическую защиту для сохранения целостности клетки. Впоследствии проницаемость клеточной стенки увеличивается после разложения, что позволяет АФК проникать дальше и атаковать цитоплазматические мембраны. Смертельное разрушение клеточных мембран и перекисное окисление мембранных липидов нарушают жизненно важные функции, такие как дыхание, что приводит к потере жизнеспособности клеток и в конечном итоге к гибели бактериальных клеток. Кроме того, заметное количество утечки ионов калия (K +) было обнаружено одновременно с гибелью бактериальных клеток. Известно, что ионы калия играют существенную роль в синтезе белка. Наблюдаемая в окружающей среде утечка K + четко подтверждает, что клеточная мембрана повреждена активным TiO2 в процессе фото-дезинфекции.
Высокий окислительный стресс был вызван сгенерированными гидроксильными радикалами, ионами супероксидных радикалов и перекисью водорода в бактериальной клетке. АФК приводят к перекисному окислению полиненасыщенных липидов, которые впоследствии вызывают разрыв ДНК и нарушение морфологии мембраны и цепи переноса электронов. Также указано, что вредное воздействие тканей, обработанных TiO2, на рост бактерий является следствием не только окислительного стресса АФК, но также и ингибирования образования биопленки на поверхности.